Роторно-лопастной двигатель. Начало.

[Bиктор]

Там предложено сравнить "РЛД с габаритами и параметрами в точности равными КШД"

Вы позже пришли к целесообразности сравнения работы трения, приходящейся на 1 рабочий ход.
Это показалось мне убедительным:

Если сравнивать равные рабочие объемы, что почти эквивалентно условию равенства полезной мощности,

то работа вредного трения была бы отнесена к полезной работе, - в обоих типах ДВС:  РЛД и поршневика.

НО...
Поскольку РЛД имеет ОДИН цилиндр, то и сравниваемый экземпляр поршневика должен бы тоже иметь один цилиндр.
И это при прижнем условии, что они оба имеют одинаковый рабочий объем.

По логике получилось, что для реального РЛД - РЛД Холодного, надо найти эквивалентный ОДНОцилиндровый поршневик, равного 4,75 литра рабочего объема.

"Изюм" видится в том, что ...

при одинаковом рабочем объеме и одинакой примерно полезной мощности,

габаритные размеры, влияющие на трение в РЛД станут очевидно МЕНьшими и для Андрея, не говоря уже о характере сил трения [бесконтактное у лопастей РЛД против трущихся стенок поршня и его колец "поршневика"].

Вы находите такое сравнение не корректным?

 

[МаГент]

Верно ли будет, удвоить полученный рабочий объем? 

Думаю, если мы хотим выйти на показатель "литраж двига", то надо понять зачем. Важнее мощность. Но и в том и в другом случае придется привязаться к количеству рабочих ходов. Например возьмем двиг 2 литра, 4 цилиндра. Это значит за 1 оборот происходит 1 РХ в объеме 2/4=0.5 л. Предельная частота вращения 6000 об/мин. Значит имеем в пределе 3000 литров "выдуваемых" в минуту двигателем 2 литра. Какая предельная частота вращения у РЛД по лопастям? ну, допустим 2000 об/мин. Значит 2000*4=8000 РХ/мин. Судя по вашим расчетам 1 "цилиндр" РЛД имеет 2613 см[ch179]/2=1.305 л. Значит за минуту он выдует 8000*1.3=10400 л. Делим 10400 на 3000 и умножаем на 2 получаем 10400/3000*2=6.9 литра эквивалентного объема в пересчете на обычный двиг.

 

[МаГент]

Поскольку РЛД имеет ОДИН цилиндр, то и сравниваемый экземпляр поршневика должен бы тоже иметь один цилиндр.

Думаю это предположение не верно. РЛД имеет кольцевую камеру, разделенную на 4 сектора 4 поршнями. Рядная четверка - это точный аналог. И поршня 4, и камеры 4. И РХ пооочередно в каждой камере.

 

[hab]

Геннадий, интересно

Если про мое мнение, то оно таково... Вариант интересный, но практического смысла немного. Вы отмечали 2 главных положительных момента - ненулевое плечо и продолженный РХ. И то и другое можно без проблем реализовать в КШД (и реализуется в серийных моторах). Если мы говорим про авиадвижки, то важна удельная мощность, а обе особенности ее будут снижать. Чтобы оценить насколько упадет мощность в варианте из Ответ #3444, в первом приближении надо просто поделить ~  110мм  на ~ 31мм, получим 110/31=3,5. Т.е. вариант с "быстрым валом" будет в 3.5 раз менее мощным. Если более точно, то надо прикинуть сколько энергии теряется с выхлопными газами у ДВС на обычном режиме, которую можно извлечь дополнительно путем удлинения РХ. Насколько помню это примерно 10%. Значит вместо 3.5 получим 3.2 раза. Тоже очень большая величина.
Но тут надо уточнить нужна ли такая большая асимметричность ходов? Фактически рабочим поршнем  здесь является "быстрый поршень". Медленный всего лишь играет роль "подвижной головки". Можно уменьшить радиус "колена" медленного коленвала, тогда снизится глубина "удлинения РХ" и картина станет получше. Но в любом случае на удельные характеристики это скажется губительно...

действительно, плечо медленного к.вала можно погнать под целесообразную эффективность. а что медленный вал несет второстепенную функцию я не согласен. получить момент с самого начала воспламенения и на 100% плечо как раз он и позволяет. вспомогательным скорей всего будет быстрый к.вал, который вдобавок ч/з силовую передачу 1 к 2-м добавит момент на медленный вал.

 

[МаГент]

я не согласен

Это вопрос терминов. Быстрый вал ведущий потому, что к нему привязан режим газораспределения.
Уверен кроме того, что такая степень удлинения РХ не нужна, и даже вредна. Целесообразно уменьшить ее до 30% (или меньше). При этом радиус (плечо) медленного КВ станет существенно меньше, и доля энергии получаемой от него соответственно снизится пропорционально. В этом смысле он и станет второстепенным.

 

[Андрей Миллер]

Условимся рассматривать один "цилиндр"-статор РЛД и один цилиндр дизеля.Если одноцилиндровый дизель тоже 4-х тактный, то делает ... 0,5 рабочего хода за один оборот.Многоцилиндровый можно не тянуть сюда, так как в нескольких цилиндрах и трение многократно в сумме больше.РЛД Холодного делает 4 рабочих хода за один оборот.
           

Скорости перемещения деталей и потери на трение, связанные с этим  не зависят от количества цилиндров.
Нужно сравнивать конкретную кинематику РЛД и ДВС...
При равенстве оборотов ротора и выходного вала РЛД (как в Емобиле), уровень его мех. потерь будет запредельным.
 

 

[Bиктор]

Уверен кроме того, что такая степень удлинения РХ не нужна, и даже вредна. Целесообразно уменьшить ее до 30% (или меньше)

Геннадий, я слышал об относительности доводов по полезности продолженного расширения, но хотелось бы узнать от вас, из-за чего эта относительность возникает?

В конце "обычного" расширения давление около 3~3,5 ати, но температурный потенциал, как правило еще существенный...

 

[Bиктор]

Судя по вашим расчетам 1 "цилиндр" РЛД имеет 2613 см[ch179]/2=1.305 л. Значит за минуту он выдует 8000*1.3=10400 л. Делим 10400 на 3000 и умножаем на 2 получаем 10400/3000*2=6.9 литра эквивалентного объема в пересчете на обычный двиг. 

Геннадий, поясните, пожалуйста, подробнее!

1. - Почему Вы делите 2613 на 2?
2. - почему соотношение производительности ВЫ  умножаете на 2?

3. - Не понятно, учли ли Вы двустороннее действие ходов лопастей?
4. - 6,9л - это должен быть поршневик с такой объемной производительностью, чтобы только сравняться с РЛД, вращающимся в три раза медленнее 4-х цилиндрового поршневика?

 

[Bиктор]

Медленный всего лишь играет роль "подвижной головки". Можно уменьшить радиус "колена" медленного коленвала, тогда снизится глубина "удлинения РХ" и картина станет получше.

Картина станет лучше в том смысле, что рабочий объем такого "встречника" уменьшится НЕ НАМНОГО?

 

[Bиктор]

Если мы говорим про авиадвижки, то важна удельная мощность, а обе особенности ее будут снижать

Разумеется, в частности, верно.
Однако, цели авиадвижков тоже бывают разные.

Так у дальнедействующего транспортника - подавляющая доля загрузки составляет большой объем и большой вес [растранжириваемого] топлива.  Особенно, на взлетном режиме запасы топлива "тают" значительно. Поэтому частые взлеты/посадки - роскошь необыкновенная, если общая дистанция задачи перелета - значительная.
Полезной такая нагрузка никем не считается.

Цель моторов в таких применениях в авиации:

- мощность удельная,
- экономичность удельная.

Для моих замыслов именно сочетание таких противоречивых требований - актуально...
Надеюсь, пока будут ЛА с РЛД построены, границы станут открытыми, как в США.   Будет резон летать далеко, а не только "подскоками" 🙂

 

[Bиктор]

Но тут надо уточнить нужна ли такая большая асимметричность ходов?

Насущный вопрос, Геннадий!

У РЛД Холодного углы, измеренные по заявочному чертежу, показаны на рисунке ниже.

Правда, не знаю еще однозначно, какой из углов - играет роль сдвига фаз в его синхронизаторе?

ВАЖЕН РЕЗУЛьтат: 
РЛД Холодного с реализованным на практике "сдвигом фаз" - работает мягко, мощность внушительная (на 2000об/мин 80л.с., на 6000об/мин 240л.с.), а энергия выхлопа - "шелестящая".
Такой мотор по определению - авиационный!
И экономичность и отсутствие глушителя - большое его достоинство, кроме удельной мощности.

Вес 65кг - вынужденный, из-за отсутствия нужных материалов под рукой.  Его РЛД может быть много легче, - ведь в нем отсутствует "ДОЛБЁЖКА" при минимальном объеме.

Да и давление вспышки распространяется примерно лишь на 45-ка градусный сектор цилиндра:  НЕ НУЖНЫ толстые гильзы.   А сильный нагрев - только в той же узкой зоне КС.  Стенки его пульсирующей КС можно "обуть" в керамику, наверное...

 

[Bиктор]

Для ориентации, как влияют обычные сдвиги фаз лопастей на полноту рабочего объема, - выполнен рисунок [см. ниже].

Если принять, что РЛД Холодного имеет сдвиг фаз в 21°, то ему соответствуют две предпоследние картинки (что-то среднее между ними).

Насколько я знаю, практически достижимая несимметричность в обычных поршневиках лежит в пределах 12°-15°.

Из второй картинки следует, что для РЛД приемлемо еще 30°-35°.
Видно, как с каждым увеличением сдвига фаз от противофазного (симметричного "встречника") - увеличивается длительность "выстоя" - зоны с почти неизменным минимальным объемом.
К концу "выстойного сгорания" до фазы поворота "коленвала" 30° (желтого графика) лопасти находятся в положении, когда плечо коленвала уже равно 1/2 от максимального.  Неплохо...

 

[МаГент]

В конце "обычного" расширения давление около 3~3,5 ати, но температурный потенциал, как правило еще существенный...

Это верно, но важнее оценить какую долю общей энергии вы сможете получить удлиняя расширение. Эта доля не так велика, чтобы тратить ресурсы на ее достижение. ИМХО...

1. - Почему Вы делите 2613 на 2?
2. - почему соотношение производительности ВЫ  умножаете на 2?

3. - Не понятно, учли ли Вы двустороннее действие ходов лопастей?
4. - 6,9л - это должен быть поршневик с такой объемной производительностью, чтобы только сравняться с РЛД, вращающимся в три раза медленнее 4-х цилиндрового поршневика?

-Если я правильно понял, 2613 - это общий объем свободного пространства, а нам нужен V "цилиндра", в котором идет РХ, это как раз половина.
-Это простая арифметика. Если двиг 2 литра выдувает 3000 литров, а неизвестный двиг выдувает 10000 литров, то простая пропорция. Поэтому сомножитель 2.
-Конечно учтено, мы ведь считаем по числу РХ. Сколько РХ, столько и "двусторонностей"
-Да, на предельной мощности РЛД Холодного выдаст ту же мощь, что и стандартный двиг на 7 литров на своем пределе. Это при 2000об/мин - РЛД и 6000 об/мин - КШД. Я принял, что выше 2000 об/мин РЛД и 6000 КШД крутить не стоит, снижается надежность и все такое....

Картина станет лучше в том смысле, что рабочий объем такого "встречника" уменьшится НЕ НАМНОГО?

На не столько много. Но не принципиально, массовые показатели все-равно плохие.

- мощность удельная,
- экономичность удельная.

Верно, здесь нужно считать учитывая расчетную дальность полета. Но чем тяжелее мотор, тем больше горючки надо, чтобы его таскать, поэтому и тут все неоднозначно...

 

[МаГент]

Насущный вопрос, Геннадий!

У РЛД Холодного углы...

Вопрос понятен, Виктор. Думаю анализ любой конструкции нужно начинать с понимания вообще принципа работы механизма и основных закономерностей и зависимостей. Ведь тот факт, что Холодный один из немногих, кто довел разработку до железа еще не означает, что его конструкция идеальна и не подлежит коррекции. Ну и очевидно, что двиг делался как опытный, экспериментальный. Как мы видим сдвиг фаз сам по себе может привести к существенному росту массы (снижению массовой эффективности) Поэтому резонно спроектировать оптимизированный по массе и габаритам РЛД, пока без учета сдвигов. Затем уже двигаясь от этой точки вводить коррекцию на сдвиг фаз и смотреть куда и что начинает смещаться, экономичность, массо-габариты, мощность и т.п. Например поршни. Не знаю как и насколько их считал Холодный, но на мой взгляд они необоснованно толстоваты, а значит неэффективно занимают ценное место внутри тора. Поэтому целесообразно сначала определиться с размерами тора, поршней, ходами и сжатиями. Затем зная углы качаний проектировать синхронизатор. Если все срастется, перейти к введению сдвигов фаз, при этом контролируя эффективность. И постепенно выйдем на оптимальные параметры (теоретически).
Имхо естественно.

 

[МаГент]

Видно, как с каждым увеличением сдвига фаз 

Вы ничего не говорите о "рабочем" объеме "цилиндра". А между тем на вашем рисунке отчетливо видно, что он катастрофически уменьшается с ростом сдвига фаз. При этом мощность снижается пропорционально снижению объема. На мой взгляд мощность на этом этапе намного важнее виртуального "плеча". В конце концов точно того же эффекта "плеча" можно добиться простым сдвигом точки поджига РС по ходу вращения лопастей.

 

[ВИЛОКС]

 

[Bиктор]

важнее оценить какую долю общей энергии вы сможете получить удлиняя расширение. Эта доля не так велика, чтобы тратить ресурсы на ее достижение

Верно, в частности.
Если учитывать только удлинение расширения, и забывая, что несмотря на мизерное (5~6% при сдвиге 22~30°) уменьшение объема , РАСТЕТ эффективное среднее значение крутящего момента - как за счет его значения, так и за счет бОльшей длительности его существования.

Ведь момент напрямую входит в формулу мощности: Мощность увеличивается, вопреки незначительному уменьшению объема (и растет объемная мощность), благодаря бОльшей приемистости растут и обороты при равной нагрузке, - они тоже входят в формулу мощности...

Но это только "контр-аргумент".
Главный аргумент в том, что при сдвиге фаз, зажигание можно делать еще раньше, и при это режим нагружения ЦПГ станет МЯГЧЕ, так как тепловая энергия, и энергия давления в ней, - НЕ ЗАПЕРТЫ  между поршнями/коленвалами в двусторонних мертвых точках.

Этот аргумент, видится мне, - главный при беспроблемном, - простом введении сдвига фаз между би-роторами , так как снижение пика давления, например в два раза, позволяет убрать излишний запас прочности в деталях, снимающих полезную работу.
Другими словами - ДВС станет конструктивно надежнее и ЛЕГЧЕ по массе, которая в авиадвижках, действительно важна.  ИМХО 🙂

Мягкая работа ЦПГ в РЛД, даже и при более раннем, чем в обычных ДВС, зажигании в пульсирующей камере РЛД...  удлинит ТАКТ рабочего хода, - что тоже почти равносильно более полному сгоранию смеси и более полному снятию механической работы ...

Аргумент о незначительности РОЛИ продолженного расширения рожден в недрах знаний о традиционных поршневиках, так ведь? 

Какие основания у нас перенимать без сомнений этот тезис для РЛД со сдвигом фаз (от противофазного)?
Конструктивных осложнений в РЛД это решение не вносит, как и в ВДП±, - изменение только параметрическое... Это ведь, как подарок судьбы!?

 

[Bиктор]

Спасибо, Вилокс, за поясняющую графику.
Постепенно проясняется картина с путями воздушного заряда 🙂

Используя Ваш фрагмент, хочется подать и наш обычный РЛД в новой "ипостаси":

- после введения параметра сдвига фаз между частями биротора, становится столь мягкая работа ДВС, что консоли лопастей тоже можно удлинить,

- без увеличения радиуса и в квадрате от него, "квадратического" увеличения сил инерции...

- увеличив таким образом, обтекаемость авиа-варианта РЛД±

 

[МаГент]

Главный аргумент в том...

На самом деле общие рассуждения необходимо подтверждать расчетами и данными экспериментов. Не могу сказать, что я сделал тщательные расчеты, но даже простые прикидки говорят, что цена "плеча" слишком велика. Кто-то сказал "математика - вещь упрямая". И дело не в том когда и где рождено то или иное утверждение, оно не становится автоматически неверным, если рождено в "старой" школе. Никто не отвергает важности "мягкой" работы движка, но если при этом массо-габариты возрастают в несколько раз, я считаю, что оно того не стоит...
Пример - по моим прикидкам "тупо" спроектированный (без сдвигов фаз) РЛД с размерами Холодного должен давать на 2000 оборотах мощность сопоставимую с 7 литровым "классиком", т.е. порядка 400-450 л.с. Вы сообщаете, что РЛД Холодного давал "на 2000об/мин 80л.с., на 6000об/мин 240л.с". Это в 5 раз меньше. Допустим, что автор его берег, применял обедненную смесь, и т.п. но и за счет "сдвига фаз" я думаю потяряно процентов 50-60 мощности. Не могу сказать, что это подарок... Но расчеты и прикидки надо продолжать, это полезно со всех точек зрения. Кроме того я уже писал, что что эффект "плеча" можно получить без потери объема путем простого сдвига точки воспламенения. А продолженное расширение получить путем изменения длительности открытия впускного окна. На мой взгляд в этих решениях плюсов больше. Не совсем понимаю, почему вы их игнорируете...

 

[JohnDoe]

Дядьки, а в пределе(ИЛИ КАК ЛЮБИТ Анатолий ,"доведя ситуацию до абсурда") РЛД, как и КШМ вырождается в... ГТД!  ;D